项目四汽车电控动力转向系统检修

项目四汽车电控动力转向系统检修二、相关知识三、项目实施电控动力转向系统，根据动力源不同可分为液压式电控动力转向系统（液压式EPS）和电动式电控动力转向系统（电动式EPS）。液压式EPS是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等。二、相关知识（一）液压式EPS（二）电动式EPS液压式EPS根据控制方式的不同，可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式3种形式。（一）液压式EPS流量控制式EPS是根据车速传感器信号，调节液压动力转向装置中油液的输入、输出流量和压力，来控制液压动力的大小的。一般是在液压动力转向系统上增加流量控制电磁阀、车速传感器、电子控制单元和控制开关等元件构成的，如图4-1所示。1．流量控制式EPS图4-1流量控制式液压动力转向系统1—储液罐2—转向油泵3—流量控制电磁阀4—电子控制单元5—发动机6—车速传感器7—齿轮齿条转向器及动力缸流量控制式EPS可分为分流电磁阀控制式和旁通流量控制阀式。凌志轿车动力转向的基本原理如图4-2所示，发动机驱动液压泵产生的液压油被送到控制阀。（1）分流电磁阀控制式图4-2流量控制式液压动力转向系统的原理示意图凌志轿车电控动力转向系统在动力转向的基础上增加了分流电磁阀、电子控制单元、车速传感器等部件。其主要工作过程是：汽车行驶时由车速传感器检测汽车速度，并转化为电信号送给电子控制单元，电子控制单元通过车速信号的大小来发出指令控制分流电磁阀电流的占空比，进而控制油道的开度大小，调节控制转向动力缸助力的大小。日产蓝鸟轿车上曾使用的流量控制动力转向系统如图4-7所示。其特点是在普通液压动力转向系统的基础上增加旁通流量控制阀、车速传感器、转向角速度传感器、电子控制单元和控制开关等装置。在转向液压泵与转向机体之间设有旁通管路，由油量控制阀控制。（2）旁通流量控制阀式图4-7蓝鸟牌轿车电子控制动力转向系统1—动力转向油罐2—转向管柱3—转向角速度传感器4—电子控制单元5—转向角速度增幅传感器6—旁通流量控制阀7—电磁线圈8—转向齿轮联动机构9—液压泵其主要部件的结构和工作原理如下。①旁通流量控制阀。旁通流量控制阀如图4-9所示，阀体内主要有主滑阀2和稳压滑阀7。图4-9旁通流量控制阀的结构1—流量主孔2—主滑阀3—电磁线圈柱塞4—调节螺钉5—电磁线圈6—节流孔7—稳压滑阀②转向角速度传感器。光电式转角度速度传感器的结构和安装位置如图4-10所示。图4-10转角度速度传感器的安装位置和结构1—转角传感器2—转换装置3—光电元件4—遮光盘5—轴6—护板7—传感器圆盘在转向盘的转向轴上装有一个带窄缝的遮光盘，窄缝呈等距均匀分布，传感器的光电元件由发光二极管和光敏接收元件——光敏三极管组成，相对装在遮光盘两侧。当转向盘的转轴带动圆盘偏转时，传感器的发光二极管的光线通过窄缝圆盘空隙，或被遮光盘遮挡，从而光敏接收元件就有ON、OFF变换，形成脉冲信号。光电式传感器的工作原理和电路原理如图4-11所示。图4-11光电式传感器的工作原理及电路原理③转换开关。驾驶员利用仪表板上的转换开关可以选择3种适应不同行驶条件的转向力特性曲线，如图4-12所示。图4-123种转向力特性曲线④电子控制动力转向系统电路。如图4-13所示，系统中电子控制单元接收车速传感器、转向角速度传感器及变换开关的信号，用以控制旁通流量控制阀的电流，本身具有故障自诊断功能。图4-13蓝鸟轿车流量控制式动力转向系统电路图反力控制式EPS主要由转向控制阀、分流阀、电磁阀、转向动力缸、转向油泵、储油箱、车速传感器及ZCU等组成。其结构和工作原理如图4-14所示。主要部件结构和工作原理如下。（2）反力控制式EPS①转向控制阀。在传统的整体转阀式动力转向控制阀的基础上增设了油压反力室。扭力杆的上端通过销子与转阀阀杆相连，下端用销子与小齿轮轴和控制阀阀体相连。图4-14反力控制式动力转向系统转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴，带动小齿轮旋转，使齿条运动，实现转向。当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，转阀阀杆和控制阀体之间将发生相对转动，以此改变阀体和阀杆之间油道的通、断关系和工作油液的流动方向，从而实现液压助力转向作用。②分流阀。分流阀的结构如图4-15所示，主要由阀门、弹簧、进油道和出油道组成。分流阀的作用是将来自转向油泵的液流分送到转阀、油压反力室和电磁阀。送到电磁阀和油压反力室中的液压油流量是由转阀中的油压来调整的。当转动转向盘时，转阀中的油压增大时，分配到电磁阀和油压反力室的液压油流量增加；当转阀中的油压达到一定值后，转阀中的油压便不再升高，而分配给电磁阀和油压反力室的液流量则不变。图4-15分流阀结构示意图1—至电磁阀2—至转向油泵3—至转阀4—至油压反力室③分流小孔。把供给转向控制阀的一部分流量分配到油压反力室一侧。④电磁阀。根据需要将油压反力室一侧的机油压回储油箱。电子控制单元根据车速的高低控制电磁阀油路的阻尼面积，开口面积随电磁线圈通电电流占空比而变化，进而控制油压反力室一侧的液压油压力大小。⑤车速传感器。车速传感器的主要功用是检测汽车行驶速度，通常安装在变速器输出轴上。⑥电子控制单元。根据车速传感器输入信号控制通入电磁阀的电流，实现相应的控制功能。车速提高时，为了增大转向操纵力，需要加大电磁阀的电流；而当车速超过120km／h时，为防止电流过大而造成过载，电子控制单元则使通往电磁阀的通电电流保持恒定。当车辆静止或速度较低时，电子控制单元使电磁线圈的电流增大，电磁阀开口面积增大，经分流阀分流的液压油和小孔分流的液压油通过电磁阀开口重新回流到储油箱中的油量变大。作用于柱塞的背压（油压反力室压力）降低，柱塞推动控制阀转阀阀杆的反力较小，因此只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形，使转阀阀杆和控制阀体发生相对转动而实现转向助力作用；当车辆在中高速区域转向时，电子控制单元使电磁线圈的电流减小，电磁阀开口面积减小，经分流阀分流的液压油和小孔分流的液压油通过电磁阀开口重新回流到储油箱中的油量变小，油压反力室的油压升高，作用于柱塞的背压增大，于是柱塞推动转阀阀杆的反力增大，此时需要较大的转向力才能使转阀阀杆和控制阀体之间做相对转动，才能实现转向助力作用，实现在中高速时使驾驶员获得良好的转向手感和转向特性。丰田汽车公司“马克Ⅱ”型车使用的是反力控制式动力转向系统，其结构如图4-16所示。图4-16马克Ⅱ型电子控制动力转向系统结构控制阀的结构如图4-17。电磁阀的结构及其特性如图4-18所示。输入到电磁阀中的信号是通、断脉冲信号，改变信号占空比可以控制流过电磁阀线圈平均电流值的大小。当车速升高时，输入到电磁阀线圈的平均电流值减小，电磁阀的开度减小。这样，电磁阀开度的大小根据车速的高低就可以调整油压室反力，从而得到最佳的转向操纵力。图4-17反力控制式动力转向控制阀结构1—扭杆2—回转阀3—油压反力室图4-18电磁阀结构及其特性反力控制式动力转向系统是根据车速大小，控制反力室油压大小，从而控制转向力的大小的。其优点是具有较好的转向操纵力，驾驶员可以感受到稳定的操作手感；其缺点是结构复杂，成本较高。阀灵敏度控制式EPS根据车速控制电磁阀，直接改变动力转向缸的油压增益。这种转向系统结构简单、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度。与反力控制式转向相比，转向刚性较差，可以提高原来的弹性刚度加以克服，可获得较好的转向手感和良好的转向特性。（3）阀灵敏度控制式EPS灵敏度控制式EPS的结构如图4-19所示，主要由转子阀、电磁阀、车速传感器及ECU等组成，其各部分的结构和工作原理如下。图4-19灵敏度控制式EPS的结构①转子阀。转子阀的结构及原理如图4-20所示，转子阀的等效液压油路如图4-21所示。转子阀内体圆周上有6或8条沟槽，各沟槽与阀外体构成的油路，与泵、动力缸、电磁阀及油箱连接。图4-20转子阀的结构及原理图4-21转子阀的等效液压油路转子阀的可变小孔分为低速专用节流小孔（1R、1L、2R、2L）和高速专用可变控制小孔（3L、3R）两种，在高速专用可变孔的下边设有旁通电磁阀回路。②电磁阀。电磁阀如图4-22所示，电磁阀上设有控制进、出的旁通油道，是可变的节流阀。车速低时，电子控制单元向电磁线圈通以较大的电流，使控制孔关闭；随着车速升高，逐渐减小通电电流，控制孔逐渐开启；在高速时，开启通道达到最大值。该阀在汽车左右转向时，转向油流动的方向可以变换。图4-22转子阀及电磁阀1—动力缸2—电磁阀3—油箱4—油泵③ECU。ECU可接受车速传感器的信号，控制电磁阀电磁线圈电流的大小。控制系统的电路如图4-23所示。图4-23控制系统的电路图（二）电动式EPS1．电动式EPS的组成、原理与特点（1）电动式EPS的组成电动式EPS如图4-24所示，电动式EPS一般由扭矩传感器、车速传感器、电子控制单元、电磁离合器和电动机等组成。电动机是电动式EPS的助力源，电子控制单元根据车速和转向扭矩等参数，控制电动机工作，实现助力转向的作用。图4-24电动式EPS的组成1—转向盘2—转向轴3—电子控制单元4—电动机5—电磁离合器6—齿条7—横拉杆8—转向轮9—输出轴10—扭力杆11—扭矩传感器12—转向齿轮当转向盘转向时，装在转向轴上的扭矩传感器不断地测出转向轴上的扭矩大小，并把它变成输出信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元。电子控制单元根据这些输入信号，判断汽车的运行工况，确定助力扭矩的大小和方向，控制电动机的电流大小和转向，进而调整转向助力的大小。（2）工作原理电动式EPS主要由扭矩传感器、电动机、电磁离合器及减速机构等组成，其各部分的结构和工作原理如下。2．电动式EPS主要部件的结构及工作原理扭矩传感器的作用是测量转向轴与转向器之间的相对扭矩，是电动助力的参数之一。扭矩传感器可分为无触点式扭矩传感器和有触点式扭矩传感器。①无触点式扭矩传感器。图4-25所示为无触点式扭矩传感器的结构及工作原理。（1）扭矩传感器图4-25无触点式扭矩传感器的结构及工作原理②有触点式扭矩传感器。图4-26所示为滑动可变电阻式扭矩传感器的结构和原理示意图。它是将转向力矩引起的扭力杆角位移转换为电位器电阻的变化以引起输出电压的变化，并经滑环传递出来作为扭矩信号。电动式EPS一般采用直流电动机。其工作原理与启动用直流电动机的原理基本相同。其电压为12V，最大通过电流一般为30A左右，额定转矩为10N·m左右。（2）电动机图4-26滑动可变电阻式扭矩传感器的结构和原理图4-28为单片干式电磁离合器的工作原理图。当图4-26所示的滑动可变电阻式扭矩传感器结构电流通过滑环进入电磁离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，于是电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。（3）电磁离合器图4-27电动机正反转控制电路图4-28电磁离合器的工作原理1—接线柱2—线圈3—压板4—花键5—从动轴6—主动轮7—滚珠轴承①涡轮涡杆减速助力传动机构。涡轮涡杆减速助力传动机构由电磁离合器、一套涡轮涡杆助力传动机构组成，如图4-29所示。电动机提供的转向助力通过涡轮涡杆机构放大作用于转向柱，辅助驾驶员进行转向动作。车辆高速行驶不需要助力或在助力转向系统出现故障时，为了增加转向的可靠性，在电动机与助力机构之间采用电磁离合器来实现电动机与转向系统分离。（4）减速机构②差动轮系助力减速传动机构。差动轮系助力减速传动机构由一套涡轮涡杆机构和一套差动轮系机构组成，如图4-30所示。转向输入轴与差动轮系的中心轮相连，电动机经过一级涡轮涡杆减速机构带动齿圈运动，合成的运动由行星架输出。其工作原理是根据车速和手动转向角度，电子控制单元按照事先确定的控制规律使电动机提供一个与手动转向同方向的辅助转角并利用差动轮系的运动合成得到前轮转向角度，这间接地减小了转向系统的传动比而减小了手动转向角度，从而减少了驾驶员消耗的转向功。图4-29涡轮涡杆减速助力传动机构1—转向盘2—扭矩传感器3—涡轮涡杆机构4—离合器5—电动机6—齿